تیمی از محققان به سرپرستی باب ناگلر و توماس وایت اخیراً روش جدیدی را برای اندازه گیری دمای اتمها در ماده متراکم گرم {{0} با اندازه گیری مستقیم سرعت اتم ها نشان دادند.
همه مواد دارای نقاط ذوب و جوش خاصی هستند ، اما می توانند در بالای آنها بیش از حد گرم شوند تا اینکه به سطح "فاجعه" آنتروپی از ذوب و جوش ناگهانی برسند.
هنگامی که این تیم طلای جامد را به مراتب فراتر از حد نظری خود به 19000 کلوین تبدیل کرد ، از فاجعه آنتروپی- جان سالم به در برد که نشان می دهد اگر به اندازه کافی سریع گرم شوند ، ممکن است حد بالایی برای مواد گرمایشی وجود نداشته باشد.
دنیای تمرکز لیزر: ایده کیست برای گرم کردن طلا با LCL؟ چه چیزی الهام بخش آن است؟
باب ناگلر: هنگامی که ما به انجام آزمایش رسیدیم ، هدف ما تهیه یک روش جدید برای اندازه گیری دمای ماده متراکم گرم بود. این ماده به اندازه یک جامد متراکم است ، اما برای ده ها یا صدها هزار درجه کلوین گرم می شود. شما آن را در هسته های Giant Planet و فضای داخلی ستاره ای پیدا می کنید ، اما وقتی آن را در آزمایشگاه بازآفرینی می کنیم ، در واقع اندازه گیری دمای آن بسیار دشوار است.
ما این پروژه را برای رسیدگی به این چالش راه اندازی کردیم ، با استفاده از درخشان ترین منبع X - ray منبع ری ، منبع نور منسجم Linac National Accelerator National (LCLS) ، برای کمک به شما کمک می کند.
توماس وایت:من دوست دارم بگویم که این یک فلاش گرگ از درخشش تنها - بود ، اما در حقیقت ، این ایده از طولانی -} ایستاده در سطح زمین بیرون آمد. ما می دانستیم که به یک تشخیص بهتر نیاز داریم ، و طلا مواد تست ایده را ساخته است: آن را به خوبی پرتوهای x {{3} پراکنده می کند و می توان به راحتی در فویل های نازک مورد نیاز برای این تکنیک قرار داد. تیم ما در دانشگاه نوادا ، رنو ، SLAC و سایر شرکا انتظار داشتند که طلا تحت تابش گرم شود ، اما آنچه برجسته بود این بود که ضمن حفظ ساختار کریستالی خود ، جامد چقدر داغ باقی مانده است. حتی در این دمای شدید ، شبکه طلا از حد انتظار برای نظم ساختاری ادامه داشت. این مشاهدات تمرکز پروژه ما را تغییر داد. آنچه به عنوان یک تلاش عملی برای ساخت دماسنج بهتر آغاز شد ، به یک تحقیق عمیق تر از گرمایشی و محدودیت های اساسی ماده جامد- در شرایط شدید تبدیل شد.
LFW: چرا LCL؟
سفید:روشی که ما توسعه دادیم متکی به تشخیص تغییرات کوچک در نحوه پراکندگی اشعه X {{0} است که اتمها را در یک ماده پراکنده می کند. به طور خاص ، تغییرات انرژی کوچک دمای یونها را نشان می دهد. این نه تنها به یک منبع فوق العاده روشن از پرتوهای X {{3} ، بلکه پهنای باند بسیار باریک نیز نیاز دارد. {5- لیزرهای الکترون مانند LCL و چند نفر دیگر مانند XFEL اروپایی ، منحصر به فرد قادر به ارائه این ترکیب هستند. آنها تا یک میلیارد برابر روشن تر از هر Synchrotron هستند ، که ضروری است زیرا پراکندگی غیرقانونی فوق العاده ضعیف است- به ترتیب فقط چند فوتون در هر شات.
نای:LCLS در واقع یک کیلومتر - Long x-}}}}}}}} است که برای این آزمایش ، همچنین به عنوان یک کیلومتر {2} دماسنج طولانی عمل می کند. بدون این ترکیبی از روشنایی ، انسجام و دقت طیفی ، این اندازه گیری به سادگی امکان پذیر نخواهد بود.
LFW: آزمایش شما چیست؟
نای: ما یک فویل طلای Ultrathin - فقط 50 {{2} nm ضخامت -}} با استفاده از یک فرکانس {7} ti دو برابر Ti: لیزر یاقوت کبود ، به ما 400 {8} nm نور طول موج با دوقات پالس در حدود 45 FS را گرم کردیم. با وجود دمای شدید که به آن رسیدیم ، خود لیزر با استانداردهای با چگالی پر انرژی به ویژه قدرتمند نبود. ما فقط در هر پالس حدود 0.3 پوند MJ استفاده کردیم. این بدان معناست که قسمت گرمایش آزمایش ، ایجاد طلای گرم شده ، در اصل می تواند توسط بسیاری از آزمایشگاه های لیزر در سراسر جهان بازتولید شود.
سفید:اما اندازه گیری دمای آنچه ایجاد می کنید؟ این قسمت سخت است. برای این کار ، شما به پهنای باند Ultrabright ، باریک- ، femtosecond x -}} نیاز دارید که فقط امکاناتی مانند LCL ها و چند Xfels دیگر می توانند فراهم کنند. این همان چیزی است که این آزمایش را امکان پذیر کرده است.
LFW: غذای اصلی این آزمایش چیست؟ شگفتی؟
نای:برای ما و زمینه ما ، مهمترین چیز این است که اکنون ما یک روش مستقیم و- برای اندازه گیری دمای یون در حالتهای شدید ماده - که یک چالش طولانی - ایستاده در بالا- انرژی {4} 4} فیزیک چگالی است. این تکنیک درهای معادلات معیار حالت را باز می کند ، اعتبار شبیه سازی هیدرودینامیکی را تأیید می کند و به بررسی مواد در رژیم هایی که قبلاً از نظر تجربی از دسترس خارج شده بودند ، باز می شود.
سفید:تعجب واقعی هنگامی رخ داد که دیدیم تا چه اندازه می توانیم یک جامد را قبل از این که به اختلال بپردازیم فشار بیاوریم. ما انتظار داشتیم که طلا پس از عبور از یک آستانه خاص- ذوب شود ، اما این کار را نکرد. مشبک کریستالی که در دمای بیش از 14 برابر نقطه ذوب نگه داشته شده است- خیلی فراتر از آنچه ترمودینامیک استاندارد پیش بینی می کند. این "آه" بود! لحظه: نه تنها می توانستیم دما را بگیریم ، بلکه سیستم خود انتظارات را نیز مخالفت می کند. با انجام این کار ، ما خودمان را نه تنها یک چالش تشخیصی را حل کردیم ، بلکه از فیزیک جدید نیز پرده برداشتیم ، محدودیت های گرمایشی را تحت فشار قرار می دهیم و فرضیه هایی را در مورد زمان و چگونگی ذوب شدن مواد جامد در شرایط شدید مشاهده می کنیم.
LFW: چه احساسی داشت که یک تئوری قدیمی {{0} را رد کنیم؟
سفید:این یک شیرجه عمیق سرگرم کننده و جذاب به فیزیک گرمایشی بود و بررسی می کرد که قبل از تجزیه می توان یک جامد را تا چه اندازه تحت فشار قرار داد ، و متوجه شد که مفاهیم حتی-} ایجاد شده نیاز به تجدید نظر دقیق در هنگام استفاده از رژیم های Ultrafast ، Fonlibilibrium دارند.
نای:این موضوع در مورد رد یک دهه -} قدیمی نبود که نشان می داد که این تئوری لزوماً برای FAR- از -} حالتهای فوق گرم اعمال نمی شود. چارچوب اصلی سیستمی را در تعادل حرارتی فرض می کند ، که به آرامی به نقطه ذوب نزدیک می شود ، نه کسی که توسط یک پالس لیزر femtosecond منفجر نشده است. به جای واژگون کردن نظریه موجود ، این بیشتر شبیه قدم زدن به خارج از حوزه آن بود.
LFW: این کشف برای گرمای بیش از حد چیست؟
نای:این نشان می دهد که ماده فوق العاده گرم در این حالت های بدون تعادل می تواند کاملاً متفاوت از آنچه انتظار دارید برای اجرای بیشتر - -} آسیاب نزدیک -} سیستم تعادل رفتار کند و جالب است که این تفاوت ها را با جزئیات بیشتری کشف کنید.
سفید:در نهایت ، این سؤال را باز می کند که آیا محدودیت واقعی برای گرمایش در شدت محور ، دور- از سیستم های تعادل- وجود دارد ، یا اینکه آیا مواد جامد می توانند فراتر از آنچه ترمودینامیک سنتی پیش بینی می کند ، باقی بماند.
